Aallossa kehitteillä puuvaahdosta uusi rakennusmateriaali

Aalto-yliopiston vetämä Archibiofoam-hanke on saanut Euroopan innovaationeuvostolta 3,4 miljoonan euron Pathfinder Grant -rahoituksen kolmeksi vuodeksi.

Tutkijat kehittävät puuvaahdosta julkisivuelementtiä, joka mahdollistaa rakennusten passiivisen lämmityksen ja jäähdytyksen ja säästää merkittävästi energiaa. Lisäksi teknologia vähentää rakentamisen ilmastopäästöjä, joiden osuus kaikista päästöistä on 40 prosenttia.

”Puuvaahdosta 4D-tulostamalla tehty julkisivuelementti kuulostaa scifiltä, mutta on täysin mahdollista”, sanoo Aallon 9.8. julkaisemassa tiedotteessa hanketta vetävä Juha Koivisto.

Vaahtomateriaali on melkein ilmaa 

Vaikka vaahtomateriaali on 90-prosenttisesti ilmaa, se on lujuudeltaan verrattavissa ympäristöä enemmän kuormittaviin perinteisiin rakennusmateriaaleihin, kuten betoniin ja lasiin.

Passiivinen jäähdytys ja lämmitys tapahtuu, kun puun selluloosasta tehty vaahtomateriaali supistuu ja laajenee lämpötilan ja ilmankosteuden mukaan. Tämä saa julkisivun pyöreät ilma-aukot sulkeutumaan ja avautumaan. Näin lämmitystarve vähenee kylmällä ja jäähdytystarve kuumalla.

"Se, että ilmanvaihtokanavat avautuvat ja sulkeutuvat luonnollisesti, mutta se on täysin mahdollista ", sanoo Koivisto, joka sai inspiraation keksintöön Gaudin kuuluisasta arkkitehtuurista Barcelonassa.

"Tiedeyhteisö on jo jonkin aikaa tiennyt, että biovaahtojen rakenteellinen kestävyys on kilpailukykyinen muiden rakennusmateriaalien kanssa, mutta tähän asti sitä ei ole vielä kunnolla testattu", Koivisto sanoo.

Algoritmeja, ohjelmistoja ja robottiohjausta

Koiviston tiimiin kuuluvat vanhempi lehtori Kirsi Peltonen ja tutkijatohtori Taneli Luotoniemi yliopiston matematiikan ja systeemianalyysin laitokselta. Tutkijoiden mukaan matematiikka on täynnä geometrisia rakenteita, dynaamisia systeemejä ja mekanismeja, joiden sovellusmahdollisuuksia ei vielä ole osattu hyödyntää.

”Esimerkiksi venttiilit ja liikkuvat osat vaativat niveliä ja joustavia rakenteita, jotka voidaan toteuttaa origameista tutuilla tavoilla”, Koivisto sanoo.

Aallon tiimi koordinoi hanketta ja vastaa materiaaliteknologiasta. Robotiikka-asiantuntemuksesta ja märkävaahtomateriaalin pursottamiseen käytettävän massiivisen 4D-tulostimen virittämisestä vastaa Tiffany Cheng Stuttgartin yliopistosta.

Robotiikka apuna tulostuksessa

4D-tulostaminen tarkoittaa valmistusmenetelmää, jossa tulostetut kappaleet ohjelmoidaan reagoimaan automaattisesti ympäristön ärsykkeisiin. Robottiohjatulla alustalla voi valmistaa jopa 12 metriä pitkiä ja 420 kilogrammaa painavia kappaleita.

"Menetelmä sopii erittäin hyvin tulostamaan rakenteita suurella resoluutiolla. Tavoitteemme on räätälöidä puuvaahtoa hyödyntävä valmistusprosessi niin, että voimme vastata rakennusosien moniin toiminnallisiin vaatimuksiin, kuten kantavuuteen ja mukautuvaan ilmanvaihtoon”, Cheng sanoo.